地球物理课件：概论-地球物理4.ppt

1、1地球科学概论-地球物理学地球科学概论地球科学概论地球物理学地球物理学Introduction to Geophysics教员：王彦宾教员：王彦宾 地球物理学系2012-2013学年第一学期2重力学与地球内部物理重力学与地球内部物理Gravity and Physics of the Earth Interior3重力学与地球内部物理学重力学与地球内部物理学重力学的起源重力学的起源重力学的定义和研究意义重力学的定义和研究意义重力场的基本属性重力场的基本属性重力异常和影响重力场的因素重力异常和影响重力场的因素大地水准面和地球形状大地水准面和地球形状重力场的测量重力场的测量重力异常与地质构造、地质

2、过程的关系重力异常与地质构造、地质过程的关系重力异常与地球物理勘探重力异常与地球物理勘探4重力学与地球内部物理学重力学与地球内部物理学重力学的起源重力学的起源重力学的定义和研究意义重力学的定义和研究意义重力场的基本属性重力场的基本属性重力异常和影响重力场的因素重力异常和影响重力场的因素大地水准面和地球形状大地水准面和地球形状重力场的测量重力场的测量重力异常与地质构造、地质过程的关系重力异常与地质构造、地质过程的关系重力异常与地球物理勘探重力异常与地球物理勘探5重力学与地球内部物理学重力学与地球内部物理学重力，即地球对其外部物体的吸引力，是万有引力的一种特殊形式重力，即地球对其外部物体的吸引力，

3、是万有引力的一种特殊形式式。式。在在1717世纪牛顿阐明他的万有引力定律前，大多数人对重力并不了世纪牛顿阐明他的万有引力定律前，大多数人对重力并不了解。解。公元公元628628年：印度天文学家婆罗摩笈多（年：印度天文学家婆罗摩笈多（BrahmaguptaBrahmagupta）首先认识到）首先认识到重力是一种吸引力的作用。重力是一种吸引力的作用。16001600年吉尔伯特提出磁力可能是维持太阳系存在的原理。他设想万年吉尔伯特提出磁力可能是维持太阳系存在的原理。他设想万有引力就是地球这块庞大磁石作用于周围物体的磁力。有引力就是地球这块庞大磁石作用于周围物体的磁力。开普勒发展了吉尔伯特的万有引力观

4、念，他假定万有引力是和磁力开普勒发展了吉尔伯特的万有引力观念，他假定万有引力是和磁力类似的东西，是同性物体之间的一种相互感应，这种力视物体的大类似的东西，是同性物体之间的一种相互感应，这种力视物体的大小而定。小而定。6重力学与地球内部物理学重力学与地球内部物理学15861586年：荷兰物理学家斯台文用两个大小不同，重量比为年：荷兰物理学家斯台文用两个大小不同，重量比为1 1：1010的铅的铅球，让它们从高球，让它们从高3030英尺的高度落下，结果两者几乎同时落在地面的英尺的高度落下，结果两者几乎同时落在地面的木板上。木板上。 伽利略在比萨斜塔做自由落体实验，结果表明两个重量不同的铁球伽利略在比

5、萨斜塔做自由落体实验，结果表明两个重量不同的铁球在同一时刻到达地面。在同一时刻到达地面。16871687年：牛顿发表了著名的年：牛顿发表了著名的自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理一书，第一次一书，第一次假定了万有引力定律。假定了万有引力定律。Kater(1818)Kater(1818)、KuhnenKuhnen和和FurtwanglerFurtwangler（19061906）、）、HeylHeyl和和CookCook（19361936）、）、ClarkClark（19401940）分别在伦敦、波茨坦、华盛顿和特丁顿进）分别在伦敦、波茨坦、华盛顿和特丁顿进行了绝对重力测量。行了绝对重力测量。

6、7重力学与地球内部物理学重力学与地球内部物理学19331933年：法国耶稣会士雁月飞与北平研究院物理研究所合作完成的年：法国耶稣会士雁月飞与北平研究院物理研究所合作完成的对中国华北的重力加速度测定被认为对中国华北的重力加速度测定被认为“是中国近代重力测量的开是中国近代重力测量的开始始”。18961896年：匈牙利物理学家年：匈牙利物理学家Baron Roland von EotvosBaron Roland von Eotvos发明了扭秤使发明了扭秤使重力测量有可能用于地质勘探。重力测量有可能用于地质勘探。19181918年：年： SchweydarSchweydar利用这种仪器首先在德国北部

7、的进行石油勘利用这种仪器首先在德国北部的进行石油勘探。探。19221922年，他在得克萨斯东部的年，他在得克萨斯东部的SpindletopSpindletop进行石油勘探。进行石油勘探。到到19301930年，世界上大约有年，世界上大约有125125台这种重力仪用于石油勘探。在台这种重力仪用于石油勘探。在2020世纪世纪3030年代由于重力仪的研制成功重力勘探获得了广泛应用并且年代由于重力仪的研制成功重力勘探获得了广泛应用并且发展了海洋航空和井中重力测量。发展了海洋航空和井中重力测量。 8重力学与地球内部物理学重力学与地球内部物理学重力学的起源重力学的起源重力学的定义和研究意义重力学的定义和研

8、究意义重力场的基本属性重力场的基本属性重力异常和影响重力场的因素重力异常和影响重力场的因素大地水准面和地球形状大地水准面和地球形状重力场的测量重力场的测量重力异常与地质构造、地质过程的关系重力异常与地质构造、地质过程的关系重力异常与地球物理勘探重力异常与地球物理勘探9重力学的定义和研究意义重力学的定义和研究意义重力学：研究地球重力场的物理特征的学科。重力学：研究地球重力场的物理特征的学科。研究意义：研究意义：大地测量学：可用以推求平均地球椭球的形状，建立大地测量学：可用以推求平均地球椭球的形状，建立国家大地网和国家水准网；国家大地网和国家水准网；空间科学：用以确定空间飞行器受地球引力场作用的空

9、间科学：用以确定空间飞行器受地球引力场作用的轨道改正；轨道改正；固体地球物理学：用以研究地球内部结构及资源分布；固体地球物理学：用以研究地球内部结构及资源分布；行星物理学：研究行星内部结构；行星物理学：研究行星内部结构； 10重力学与地球内部物理学重力学与地球内部物理学重力学的起源重力学的起源重力学的定义和研究意义重力学的定义和研究意义重力场的基本属性重力场的基本属性重力异常和影响重力场的因素重力异常和影响重力场的因素大地水准面和地球形状大地水准面和地球形状重力场的测量重力场的测量重力异常与地质构造、地质过程的关系重力异常与地质构造、地质过程的关系重力异常与地球物理勘探重力异常与地球物理勘探1

10、1万有引力定律：2rmMGF maF 牛顿第二定律：假设除相互引力之外，没有其它外力作用，由上两式得： 2rmMGma 2rMGa a称为M对m的引力所产生的引力加速度。对地球来讲，通常用g来表示，称为重力加速度。12现在国际上通用的重力单位：mGal，地球表面的重力加速度：通常所说的重力，实际上是指重力加速度地球质量：ME，地球半径：RE，地球表面的重力加速度为： 2EERMGg 将以上常数带入，可得：g的单位是：米/秒2（m/s2）通常用Gal表示，以纪念伽利略。mGal 984000m/s 84. 92g13标量场 (Scalar field): 在指定的时刻，空间每一点可以用一个标量唯

11、一地描述，则该标量函数定出标量场。例如物理系统中的温度、压力、密度等可以用标量场来表示。14矢量场 (Vector field): 在指定的时刻，空间每一点可以用一个矢量唯一地描述，则该矢量函数定出矢量场。例如流体空间中的流速分布、某些力（如重力、磁力）的强度和方向分布等可以用矢量场来表示。15一个标量场的梯度(gradient)是一个矢量场16重力是一个矢量场重力是一个矢量场: :其中其中 是指向地心的单位矢量。是指向地心的单位矢量。地球的引力势地球的引力势(Gravitational potential)(Gravitational potential)是是一个标量场：一个标量场：两者之间

12、关系：两者之间关系：引力势：单位质量在某一距离的势能。引力势：单位质量在某一距离的势能。等势面：如果在一个面上的引力势等势面：如果在一个面上的引力势U U是常数，则称此面为等势是常数，则称此面为等势面。面。静止液体的表面是等势面，否则的话，由势引起的力就要使静止液体的表面是等势面，否则的话，由势引起的力就要使液体流动，直到表面是一个等势面为止。液体流动，直到表面是一个等势面为止。rrMGgE2rrMGUE2rMGdrdUgE17重力学与地球内部物理学重力学与地球内部物理学重力学的起源重力学的起源重力学的定义和研究意义重力学的定义和研究意义重力场的基本属性重力场的基本属性重力异常和影响重力场的因

13、素重力异常和影响重力场的因素大地水准面和地球形状大地水准面和地球形状重力场的测量重力场的测量重力异常与地质构造、地质过程的关系重力异常与地质构造、地质过程的关系重力异常与地球物理勘探重力异常与地球物理勘探18地球重力场是不是恒定的?不是！19地球重力场：地球重力场：地球重力作用的空间。在地球重力场中，每一地球重力作用的空间。在地球重力场中，每一点所受的重力的大小和方向只同该点的位置有关。和其他力点所受的重力的大小和方向只同该点的位置有关。和其他力场（如磁场、电场）一样，地球重力场也有重力、重力线、场（如磁场、电场）一样，地球重力场也有重力、重力线、 重力位和等位面等要素。重力位和等位面等要素。

14、地球重力场分为：正常重力场和异常重力场两部分地球重力场分为：正常重力场和异常重力场两部分地球正常重力场地球正常重力场：由于地球内部质量分布的不规则性，致使：由于地球内部质量分布的不规则性，致使地球重力场不是一个按简单规律变化的力场。但从总的趋势地球重力场不是一个按简单规律变化的力场。但从总的趋势看，地球非常接近于一个旋转椭球，因此可将实际地球规则看，地球非常接近于一个旋转椭球，因此可将实际地球规则化，称为正常地球，同它相应的地球重力场称为正常重力场。化，称为正常地球，同它相应的地球重力场称为正常重力场。它的重力势称为正常势它的重力势称为正常势U U, ,重力称为正常重力重力称为正常重力0 0。

15、地球异常重力场地球异常重力场：地球重力场的非规则部分称为异常重力场。：地球重力场的非规则部分称为异常重力场。地球重力场中任一点的重力势地球重力场中任一点的重力势W W和正常势和正常势U U之差值称为扰动势之差值称为扰动势T T。扰动势是由于地球的质量分布和形状同平均地球椭球的质量扰动势是由于地球的质量分布和形状同平均地球椭球的质量分布和形状不同而引起的。与扰动位相应的有重力异常和扰分布和形状不同而引起的。与扰动位相应的有重力异常和扰动重力。动重力。 20地球正常重力场：以上重力公式只反映了静止球状地球物质的引力。影响地球正常重力场的因素：1、地球的旋转：自转产生的离心力； 旋转造成的赤道面凸起

16、、两极扁平；2、其它行星，特别是太阳、月球的影响： 地球公转的加速度； 引潮力；2rMGdrdUgE21222324地球异常重力场：地球异常重力场：由于地球的质量分布和形状同平均地球椭球的质量分布和形由于地球的质量分布和形状同平均地球椭球的质量分布和形状不同而引起的重力场异常。状不同而引起的重力场异常。地球内部物质密度横向变化对重力的影响：地球内部物质密度横向变化对重力的影响：考虑半径考虑半径100m100m、深度、深度200m200m的两个球体，密度分别为的两个球体，密度分别为20002000和和3000kg/m3000kg/m3 3，它们对地表的重力影响如何？，它们对地表的重力影响如何？2

17、5地球地球内部物质密度横向变化内部物质密度横向变化对重力的影响：对重力的影响：26地球内部物质密度横向变化对重力的影响：密度是物质的物理性质之一，单位：kg/m3，常用g/cm3地球内部密度变化造成重力变化，较大的密度 较大的重力密度和孔隙度、含水量、压力、温度有关。整个地球平均密度：5.5 g/cm3大陆地壳平均密度：2.67 g/cm3地幔平均密度：3.3 g/cm327地球表面高程对重力的影响：随着海拔高度的增加，距离地心的距离增加，重力会减小（1/r2），在8800米海拔，重力的减小值为:28重力学与地球内部物理学重力学与地球内部物理学重力学的起源重力学的起源重力学的定义和研究意义重力

18、学的定义和研究意义重力场的基本属性重力场的基本属性重力异常和影响重力场的因素重力异常和影响重力场的因素大地水准面和地球形状大地水准面和地球形状重力场的测量重力场的测量重力异常与地质构造、地质过程的关系重力异常与地质构造、地质过程的关系重力异常与地球物理勘探重力异常与地球物理勘探29等势面等势面(Equipotential(Equipotential Surfaces) Surfaces)：引力势相同的面。引力势相同的面。对于静止、球形、均匀地球：对于静止、球形、均匀地球：所以：所以：U U相同，相同，r r相同，等位面是以地心相同，等位面是以地心为球心的球面。为球心的球面。物体沿该面运动时，重

19、力不做功。物体沿该面运动时，重力不做功。30大地水准面大地水准面(The geoid(The geoid）：）：是一个特殊的等势面，大地水准面是由静止海水面并向大陆是一个特殊的等势面，大地水准面是由静止海水面并向大陆延伸所形成的不规则的封闭曲面。延伸所形成的不规则的封闭曲面。大地水准面是描述地球形状的一个重要物理参考面，也是海大地水准面是描述地球形状的一个重要物理参考面，也是海拔高程系统的起算面。拔高程系统的起算面。大地水准面的形状反映了地球内部物质结构、密度和分布等大地水准面的形状反映了地球内部物质结构、密度和分布等信息，对海洋学、地震学、地球物理学、地质勘探、石油勘信息，对海洋学、地震学、

20、地球物理学、地质勘探、石油勘探等相关地球科学领域研究和应用具有重要作用。探等相关地球科学领域研究和应用具有重要作用。 31大地水准面大地水准面(The geoid(The geoid）：）：在海洋上，大地水准面是在海洋上，大地水准面是静止的海水面（没有海流静止的海水面（没有海流和波浪等影响因素）和波浪等影响因素）在大陆上，大地水准面不在大陆上，大地水准面不是地形表面，它的位置可是地形表面，它的位置可以通过重力测量推算出来。以通过重力测量推算出来。大地水准面的起伏反映了大地水准面的起伏反映了地球内部质量分布。地球内部质量分布。32地球参考椭球体地球参考椭球体(The reference elli

21、psoid(The reference ellipsoid）：）：公元前三百年，亚里斯多德看到月食时地球投到月亮上的影公元前三百年，亚里斯多德看到月食时地球投到月亮上的影子是弧形等现象，提出了地球为球状的科学证据。我国早在子是弧形等现象，提出了地球为球状的科学证据。我国早在战国时期哲学家惠施就提出地球是球形的看法。公元战国时期哲学家惠施就提出地球是球形的看法。公元15221522年年麦哲伦及其伙伴完成绕地球一周之后，人们才确立了地球为麦哲伦及其伙伴完成绕地球一周之后，人们才确立了地球为球体的概念。球体的概念。牛顿提出了地球两极扁平的假设，牛顿提出了地球两极扁平的假设，ClairautClair

22、aut（17361736）和）和Bouguer(1743Bouguer(1743）首先测量了地球的扁率。）首先测量了地球的扁率。经过物理学的推测，地球不是一个正圆球体，而是两极略扁经过物理学的推测，地球不是一个正圆球体，而是两极略扁赤道凸出的旋转椭球体。赤道凸出的旋转椭球体。测量上为了处理大地测量的结果，采用与地球大小形状接近测量上为了处理大地测量的结果，采用与地球大小形状接近的旋转椭球体并确定它和大地原点的关系，称为参考椭球体。的旋转椭球体并确定它和大地原点的关系，称为参考椭球体。33地球参考椭球体地球参考椭球体(The reference ellipsoid(The reference e

23、llipsoid）：）：提出了不同的地球参考椭球体提出了不同的地球参考椭球体大地水准面起伏：大地水准面大地水准面起伏：大地水准面与参考椭球体之间的差，单位与参考椭球体之间的差，单位为米。为米。34地球参考椭球体地球参考椭球体(The reference ellipsoid(The reference ellipsoid）：）：大地水准面：由静止海水面并向大陆延伸所形成的不规则的封闭大地水准面：由静止海水面并向大陆延伸所形成的不规则的封闭曲面。是引力等势面，其上的引力势相等，重力各处不等。曲面。是引力等势面，其上的引力势相等，重力各处不等。地球参考椭球体：和大地水准面最接近的旋转椭球体。地球参考

24、椭球体：和大地水准面最接近的旋转椭球体。大地水准面：可以看作真实的地球形状。大地水准面：可以看作真实的地球形状。参考椭球体：可以看作地球的理论形状。参考椭球体：可以看作地球的理论形状。35大地水准面异常大地水准面异常(The geoid(The geoid anomalies anomalies）：）：大地水准面异常，或称为大地水准面起伏，是大地水准面与大地水准面异常，或称为大地水准面起伏，是大地水准面与参考椭球体之间的差，单位是米。参考椭球体之间的差，单位是米。质量过剩：大地水准面（海面）上升质量过剩：大地水准面（海面）上升质量亏损：大地水准面（海面）下降质量亏损：大地水准面（海面）下降36

25、全球大地水准面起伏：全球大地水准面起伏：37全球大地水准面起伏：全球大地水准面起伏：38重力学与地球内部物理学重力学与地球内部物理学重力学的起源重力学的起源重力学的定义和研究意义重力学的定义和研究意义重力场的基本属性重力场的基本属性重力异常和影响重力场的因素重力异常和影响重力场的因素大地水准面和地球形状大地水准面和地球形状重力场的测量重力场的测量重力异常与地质构造、地质过程的关系重力异常与地质构造、地质过程的关系重力异常与地球物理勘探重力异常与地球物理勘探39绝对重力与相对重力：绝对重力与相对重力：地球表面的重力地球表面的重力g g大约大约980000mgal980000mgal，g g的变化

26、量级大约的变化量级大约1mgal1mgal需要能够测量需要能够测量g g的百万分之一的变化，利用对的百万分之一的变化，利用对g g相对变化敏感相对变化敏感的仪器测量。的仪器测量。重力测量分为：重力测量分为：绝对重力测量与相对重力测量绝对重力测量与相对重力测量40卫星重力测量：卫星重力测量：人造卫星运行轨道受重力场变化的影响人造卫星运行轨道受重力场变化的影响可以根据卫星轨道的精确测量得到重力场的变化可以根据卫星轨道的精确测量得到重力场的变化41卫星重力测量得到的全球重力场：卫星重力测量得到的全球重力场：42卫星高程测量：卫星高程测量：43卫星高程测量和大地水准面：卫星高程测量和大地水准面：精度：

27、精度：5cm5cm44重力学与地球内部物理学重力学与地球内部物理学重力学的起源重力学的起源重力学的定义和研究意义重力学的定义和研究意义重力场的基本属性重力场的基本属性重力异常和影响重力场的因素重力异常和影响重力场的因素大地水准面和地球形状大地水准面和地球形状重力场的测量重力场的测量重力异常与地质构造、地质过程的关系重力异常与地质构造、地质过程的关系重力异常与地球物理勘探重力异常与地球物理勘探45重力校正（重力校正（correction of gravity measurementscorrection of gravity measurements）：）：将地面观测的重力值归算到参考椭球体将地

28、面观测的重力值归算到参考椭球体或其它参考面上的过程。或其它参考面上的过程。重力异常：某一测点上的观测重力值与重力异常：某一测点上的观测重力值与该测点的正常重力值的差。该测点的正常重力值的差。正常重力值：地球旋转、均匀椭球体：正常重力值：地球旋转、均匀椭球体：重力测量：重力测量：目的：是找到和这一正常值的偏差目的：是找到和这一正常值的偏差问题：测量通常不在参考椭球体上进行问题：测量通常不在参考椭球体上进行答案：将测量值归算到参考椭球体上答案：将测量值归算到参考椭球体上归算需要对观测值进行以下改正：归算需要对观测值进行以下改正：1 1、测点周围地形引力改正（、测点周围地形引力改正（1 21 2）2

29、 2、M M和和R R之间中间层引力改正（之间中间层引力改正（2 32 3）3 3、M M的高度改正（的高度改正（3 43 4）参考椭球体参考椭球体46地形改正地形改正（Terrain correctionTerrain correction）：地球表面是高低起伏的，测点周围所处的地形条件也不尽相同，它将地球表面是高低起伏的，测点周围所处的地形条件也不尽相同，它将影响到对测点的观测重力值。局部地形校正的目的，就是要消除局部影响到对测点的观测重力值。局部地形校正的目的，就是要消除局部地形起伏给测点经过局部地形校正，相当于将高于测点平面以上的物地形起伏给测点经过局部地形校正，相当于将高于测点平面以

30、上的物质（不包括异常质量）的影响值减去，以及补上通过测点平面以下缺质（不包括异常质量）的影响值减去，以及补上通过测点平面以下缺失物质的影响值，使测点处于周围为平坦的地形条件。由于重力测量失物质的影响值，使测点处于周围为平坦的地形条件。由于重力测量的是重力场垂直分量，高于测点平面以上的多余部分和低于这的是重力场垂直分量，高于测点平面以上的多余部分和低于这 个平面个平面以下的缺失部分都要使观测重力值比没有地形起伏时要小，所以，两以下的缺失部分都要使观测重力值比没有地形起伏时要小，所以，两部分的地形改正符号都为正。部分的地形改正符号都为正。 地形校正值为地形校正值为gg2 2。47中间层改正（中间层

31、改正（布格平板层改正，布格平板层改正，BouguerBouguer plate correction plate correction ）：）：经过局部地形改正后，测点相对基准面，受到一个厚度为经过局部地形改正后，测点相对基准面，受到一个厚度为h h（测点与基（测点与基准面的高差）的无限物质层（称为布格板）的影响。由于各测点所在准面的高差）的无限物质层（称为布格板）的影响。由于各测点所在高度不同，所以各测点与基准面之间的物质层的厚度也各不相同。为高度不同，所以各测点与基准面之间的物质层的厚度也各不相同。为了对比个测点的重力值，需要排除中间层对测点重力值的影响，这就了对比个测点的重力值，需要排除

32、中间层对测点重力值的影响，这就是中间层校正（不包括异常质量分布）。校正后的测点重力值相当于是中间层校正（不包括异常质量分布）。校正后的测点重力值相当于测点周围是平坦的，而且至基准面为无正常质量分布分布情况下的重测点周围是平坦的，而且至基准面为无正常质量分布分布情况下的重力值。中间层校正为力值。中间层校正为gg3 3。48自由空气改正（高度改正，自由空气改正（高度改正， Free-air correction Free-air correction ）：）：由于重力观测是在地表不同高度进行的，而正常椭球体对测点的重力由于重力观测是在地表不同高度进行的，而正常椭球体对测点的重力作用决定于测点与地心

33、间的距离。当观测点的高度不同，所测得的重作用决定于测点与地心间的距离。当观测点的高度不同，所测得的重力值也将不同，因此需要将不同高度上的观测重力值进行相应校正，力值也将不同，因此需要将不同高度上的观测重力值进行相应校正，这种校正称为自由空气校正。作自由空气校正的实质是将测点高度处这种校正称为自由空气校正。作自由空气校正的实质是将测点高度处的正常重力值换算成参考椭球面上的正常重力值。由于校正中只考虑的正常重力值换算成参考椭球面上的正常重力值。由于校正中只考虑了正常重力值随高度的变化，而未考虑测点周围以及基准面与测点所了正常重力值随高度的变化，而未考虑测点周围以及基准面与测点所在椭球面之间的质量影

34、响，因此校正后的异常值称为自由空气异常。在椭球面之间的质量影响，因此校正后的异常值称为自由空气异常。自由空气校正为自由空气校正为gg1 1。49布格和自由空气重力异常（布格和自由空气重力异常（BouguerBouguer and Free-air gravity and Free-air gravity anomaliesanomalies）：）：将重力观测值将重力观测值g gm m，经过不同项目的改正，并减去正常值，经过不同项目的改正，并减去正常值g g0 0之后之后的剩余部分，称为重力异常。的剩余部分，称为重力异常。布格重力异常：布格重力异常：重力仪的观测结果重力仪的观测结果(g(gm m

35、) )，经过自由空气改正，经过自由空气改正( (g g1 1) )，中间层改，中间层改正正( (g g2 2) )和地形改正和地形改正( (g g3 3) )以后所得到的和参考面的正常重力以后所得到的和参考面的正常重力值值g g0 0的差称为布格重力异常。布格重力异常一般用相对重力的差称为布格重力异常。布格重力异常一般用相对重力测量方法获得。布格重力异常资料是重力勘探的基础资料。测量方法获得。布格重力异常资料是重力勘探的基础资料。0321)(ggggggmB50布格和自由空气重力异常（布格和自由空气重力异常（BouguerBouguer and Free-air gravity and Fre

36、e-air gravity anomaliesanomalies）：）：将重力观测值将重力观测值g gm m，经过不同项目的改正，并减去正常值，经过不同项目的改正，并减去正常值g g0 0之后之后的剩余部分，称为重力异常。的剩余部分，称为重力异常。由由空气重力异常：由由空气重力异常：重力仪的观测结果重力仪的观测结果(g(gm m) )，经过自由空气改正，经过自由空气改正( (g g1 1) )和地形改正和地形改正( (g g3 3) )以后所得到的和参考面的正常重力值以后所得到的和参考面的正常重力值g g0 0的差称为自由空的差称为自由空气重力异常。布格重力异常气重力异常。布格重力异常是研究地

37、壳均衡现象的重要资料。是研究地壳均衡现象的重要资料。021)(gggggmF51布格和自由空气重力异常（布格和自由空气重力异常（BouguerBouguer and Free-air gravity and Free-air gravity anomaliesanomalies）：）：52布格重力异常（布格重力异常（BouguerBouguer anomalies anomalies）：）：53布格重力异常（布格重力异常（BouguerBouguer anomalies anomalies）：）：54布格重力异常（布格重力异常（BouguerBouguer anomalies anomalie

38、s）：）：大洋中脊大洋中脊55布格重力异常（布格重力异常（BouguerBouguer anomalies anomalies）：）：造山带和俯冲带造山带和俯冲带56布格重力异常（布格重力异常（BouguerBouguer anomalies anomalies）：）：ChicxulubChicxulub陨石坑陨石坑57地壳均衡（地壳均衡（IsostasyIsostasy）：）：观测现象：观测现象：17491749年，法国大地测量学家布格年，法国大地测量学家布格 (P.Bouguer(P.Bouguer) )在南美的在南美的秘鲁测量子午线弧长时，发现安第斯山脉的巨大质量产生的引力似秘鲁测量子午

39、线弧长时，发现安第斯山脉的巨大质量产生的引力似乎特别小。随着测量精度的提高，乎特别小。随着测量精度的提高，18541854年英国大地测量学家普拉特年英国大地测量学家普拉特 （J.H.PrattJ.H.Pratt）分析喜马拉雅山南麓印度大地测量结果，发现实测的）分析喜马拉雅山南麓印度大地测量结果，发现实测的垂线偏差值比由可见地形质量算得的数值要小得多。为了解释这种垂线偏差值比由可见地形质量算得的数值要小得多。为了解释这种现象，他假设地壳的密度随地形高度的增加而减少，并认为山脉象现象，他假设地壳的密度随地形高度的增加而减少，并认为山脉象发酵的面包一样，是由地下物质从某一深度向上膨胀形成的。发酵的面

40、包一样，是由地下物质从某一深度向上膨胀形成的。58地壳均衡（地壳均衡（IsostasyIsostasy）：）：观测现象：观测现象：18551855年英国天文学家艾里（年英国天文学家艾里（G.B.AiryG.B.Airy）推论，象喜马拉）推论，象喜马拉雅山这样大的山脉，物质的重量是不能由地壳来支持的，必定从地雅山这样大的山脉，物质的重量是不能由地壳来支持的，必定从地壳以下的某一深处就开始得到支撑，因此他认为地壳物质就象浮在壳以下的某一深处就开始得到支撑，因此他认为地壳物质就象浮在水中的木块。木块高出水面越多，相应地陷入水中越深。水中的木块。木块高出水面越多，相应地陷入水中越深。18891889年

41、，年，美国地质学家美国地质学家C.E.C.E.达顿第一次提出地壳均衡这个词，并作了详细的达顿第一次提出地壳均衡这个词，并作了详细的讨论。讨论。2020世纪初以后，形成了两种不同的地壳的均衡模型。世纪初以后，形成了两种不同的地壳的均衡模型。59地壳均衡（地壳均衡（IsostasyIsostasy）：）：描述地壳力学状态和升降运动的理论。它阐明地壳的各个地块趋向描述地壳力学状态和升降运动的理论。它阐明地壳的各个地块趋向于静力平衡的原理，即在大地水准面之上，山脉的质量过剩由大地于静力平衡的原理，即在大地水准面之上，山脉的质量过剩由大地水准面之下的质量不足来补偿水准面之下的质量不足来补偿 。在高山地区

42、重力异常往往为负值区，而海洋地区则为正值区，这表在高山地区重力异常往往为负值区，而海洋地区则为正值区，这表明在高山地区下面的岩石密度小于平均密度，而在海洋地区下面的明在高山地区下面的岩石密度小于平均密度，而在海洋地区下面的岩石密度则大于平均密度。这是由地下质量补偿地表形态的基本原岩石密度则大于平均密度。这是由地下质量补偿地表形态的基本原理。理。60地壳均衡（地壳均衡（IsostasyIsostasy）：）：两种不同的地壳的均衡模型：两种不同的地壳的均衡模型： 普拉特普拉特- -海福德等压面模型：认为大地海福德等压面模型：认为大地水准面以下某一深度处存在一个等压面。水准面以下某一深度处存在一个等

43、压面。无论地形高低，等压面以上的质量处处相无论地形高低，等压面以上的质量处处相等。地形高处，其密度低；地形低处，其等。地形高处，其密度低；地形低处，其密度高。密度高。 艾里艾里- -海依斯卡宁等密度模型：认为海依斯卡宁等密度模型：认为地壳密度处处相等。地形高处的质量过剩地壳密度处处相等。地形高处的质量过剩由比地幔密度低的地壳山根来补偿，地形由比地幔密度低的地壳山根来补偿，地形低的海水质量不足由地幔高密度的反山根低的海水质量不足由地幔高密度的反山根来补偿。来补偿。 补偿平面补偿平面61地壳均衡（地壳均衡（IsostasyIsostasy）：）：喜马拉雅地区重力异常与地壳均衡喜马拉雅地区重力异常与

44、地壳均衡62重力异常：重力异常：63重力异常：重力异常：64重力学与地球内部物理学重力学与地球内部物理学重力学的起源重力学的起源重力学的定义和研究意义重力学的定义和研究意义重力场的基本属性重力场的基本属性重力异常和影响重力场的因素重力异常和影响重力场的因素大地水准面和地球形状大地水准面和地球形状重力场的测量重力场的测量重力异常与地质构造、地质过程的关系重力异常与地质构造、地质过程的关系重力异常与地球物理勘探重力异常与地球物理勘探65重力勘探（重力勘探（gravity prospectinggravity prospecting）：）：测量与围岩有测量与围岩有密度差异密度差异的地质体在其周围引起

45、的重力异常以确定的地质体在其周围引起的重力异常以确定这些地质体存在的空间位置大小和形状从而对工作地区的地质这些地质体存在的空间位置大小和形状从而对工作地区的地质构造和矿产分布情况作出判断的一种地球物理勘探方法。它是继地构造和矿产分布情况作出判断的一种地球物理勘探方法。它是继地震方法、电磁方法之后的另一项重要的地球物理方法。震方法、电磁方法之后的另一项重要的地球物理方法。 观测重力值除反映地下密度分布外还与地球形状测点高度和地观测重力值除反映地下密度分布外还与地球形状测点高度和地形不规则有关。因此在作地质解释之前必须对观测重力值作相应形不规则有关。因此在作地质解释之前必须对观测重力值作相应的改正

46、才能反映出地下密度分布引起的重力异常。重力改正包括的改正才能反映出地下密度分布引起的重力异常。重力改正包括自由空间改正中间层改正地形改正和均衡改正。自由空间改正中间层改正地形改正和均衡改正。在重力勘探中主要应用布格异常。为研究地壳均衡地壳运动和地在重力勘探中主要应用布格异常。为研究地壳均衡地壳运动和地壳结构也需要应用均衡异常和自由空间异常。在平坦的地形条件下壳结构也需要应用均衡异常和自由空间异常。在平坦的地形条件下常用自由空间异常代替均衡异常。常用自由空间异常代替均衡异常。 66重力勘探（重力勘探（gravity prospectinggravity prospecting）：）：重力勘探解决

47、以下任务：重力勘探解决以下任务：研究地壳深部构造研究区域地质构造研究地壳深部构造研究区域地质构造划分成矿远景区掩盖区的地质填图包括圈定断裂断块构造划分成矿远景区掩盖区的地质填图包括圈定断裂断块构造侵入体等广泛用于普查与勘探可燃性矿床侵入体等广泛用于普查与勘探可燃性矿床( (石油天然气煤石油天然气煤) )查明区域构造确定基底起伏发现盐丘背斜等局部构造普查查明区域构造确定基底起伏发现盐丘背斜等局部构造普查与勘探金属矿床与勘探金属矿床( (铁铬铜多金属及其他铁铬铜多金属及其他) )主要用于查明与成主要用于查明与成矿有关的构造和岩体进行间接找矿也常用于寻找大的近地表矿有关的构造和岩体进行间接找矿也常用

48、于寻找大的近地表的高密度矿体并计算矿体的储量工程地质调查如探测岩溶的高密度矿体并计算矿体的储量工程地质调查如探测岩溶追索断裂破碎带等。追索断裂破碎带等。重力勘探的工作内容重力勘探的工作内容: :野外重力观测；野外重力观测；野外观测数据的处理并绘制各种重力异常图野外观测数据的处理并绘制各种重力异常图重力异常的分解重力异常的分解确定异常体的性质形状产状及其他特徵参数。确定异常体的性质形状产状及其他特徵参数。 67重力数据反演(University of British Columbia, Geophysical Inversion Facility, 1999) 数据： 布格重力异常观测数据 结果

49、： 地下3D相对密度分布Ovoid ore body at the Voiseys Bay deposit in Labrador, Newfoundland, Canada68重力数据反演(University of British Columbia, Geophysical Inversion Facility, 1999) 数据： 布格重力异常观测数据 结果： 地下3D相对密度分布Ovoid ore body at the Voiseys Bay deposit in Labrador, Newfoundland, Canada69重力数据反演(University of British

50、 Columbia, Geophysical Inversion Facility, 1999) 数据： 布格重力异常观测数据 结果： 地下3D相对密度分布Ovoid ore body at the Voiseys Bay deposit in Labrador, Newfoundland, Canada70重力数据反演(University of British Columbia, Geophysical Inversion Facility, 1999) 数据： 布格重力异常观测数据 结果： 地下3D相对密度分布Ovoid ore body at the Voiseys Bay depos